ΟΡΥΚΤΑ. Εμφάνιση των ορυκτών Εφαρμογές στη μηχανική Ορισμός του ορυκτού Σχηματισμός των ορυκτών Αναγνώριση των ορυκτών Πετρογενετικά Ορυκτά

Transcript

1 ΟΡΥΚΤΑ Εμφάνιση των ορυκτών Εφαρμογές στη μηχανική Ορισμός του ορυκτού Σχηματισμός των ορυκτών Αναγνώριση των ορυκτών Πετρογενετικά Ορυκτά

2 Η γεωλογία ενδιαφέρεται για τη μελέτη της Γης τα χαρακτηριστικά της επιφάνειάς της, τη σύνθεση της, τη δομή της και τις δραστηριότητες στο εσωτερικό της, τις διαδικασίες μέσω των οποίων σχηματίστηκε και εκείνες που την οδήγησαν σήμερα σε τήξη

3 ο όρος πέτρωμα εφαρμόζεται για τα στερεά υλικά που σχηματίζουν το εξωτερικό πετρώδες περίβλημα ή τον φλοιό της γης Τρεις ευρείες ομάδες θεωρούνται με βάση την προέλευση: τα πυριγενή πετρώματα είναι εκείνα που έχουν ψυχθεί από μια κατάσταση τήξης, τα ιζηματογενή πετρώματα είναι εκείνα που αποτέθηκαν από ένα ρευστό μέσο, συνήθως το νερό και συνήθως ως προϊόντα της αποσάθρωσης άλλων πετρωμάτων και τα μεταμορφωμένα πετρώματα που σχηματίζονται από προϋπάρχοντα πετρώματα με τη δράση της θερμότητας και της πίεσης. Τα πετρώματα είναι συνήθως συγκεντρώσεις ενός ή περισσότερων ορυκτών

4 των εμφανίσεων του υποβάθρου σε μια ορεινή περιοχή Η ορυκτολογική σύνθεση και η υφή του πετρώματος, ή η φύση και το πρότυπο της συνάθροισης, είναι χρήσιμα περιγραφικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα που βοηθούν στην αναγνώριση του πετρώματος ΕΜΦΑΝΙΣΗ ΤΩΝ ΟΡΥΚΤΩΝ Τα ορυκτά είναι τα φυσικώς εμφανιζόμενα στοιχεία ή χημικές ενώσεις στα οποία συμπεριλαμβάνονται: τα εδαφικά και πετρώδη υλικά της γης Αυτά υπάρχουν σε όλα τα γεωλογικά περιβάλλοντα συμπεριλαμβανομένων: των αλλουβιακών άμμων κατά μήκος του στρώματος της κοίτης των ποταμών των εδαφών ενός καλλιεργήσιμου πεδίου και

5 Για να εκτιμηθεί η τεχνική σημασία και οι ιδιότητες πετρωμάτων και εδαφών, απαραίτητη προϋπόθεση είναι η γνώση των ορυκτών και η ικανότητα αναγνώρισης των πιο συνηθισμένων περισσότερα από 2000 ορυκτά εμφανίζονται στη φύση, μόνο τα 100 ορυκτά είναι συνήθη Υπάρχουν μεταλλικά και μη μεταλλικά ορυκτά ανθρακικά, θειικά, πυριτικά κ.α. ασβεστίτης, είναι ένα κοινό ανθρακικό ορυκτό

6 μόνο 25 ορυκτά αποτελούν τις συνήθεις ποικιλίες από τις οποίες αποτελούνται τα πετρώματα τα ορυκτά αυτά επηρεάζουν κυρίως τις τεχνικές κατασκευές η γνώση αυτών των 25 ορυκτών σε πολλά τεχνικά έργα, θα παράσχει ικανοποιητικές ορυκτολογικές λεπτομέρειες Αυτά μπορούν συνήθως να αναγνωρισθούν: με προσεκτική μελέτη των φυσικών τους ιδιοτήτων χωρίς τη χρήση εξεζητημένου εξοπλισμού Με κάποια πρακτική εξάσκηση εύκολα θυμόμαστε τις βασικές φυσικές ιδιότητες "κλειδί" των συνήθων ορυκτών

7 ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΤΗΝ ΜΗΧΑΝΙΚΗ Η αναγνώριση των ορυκτών μπορεί να είναι μεγάλης σπουδαιότητας για τον μηχανικό πεδίου π.χ. αναγνώριση της γύψου σε έναν ασβεστόλιθο που εμφανίζεται κατά μήκος ενός προτεινόμενου κεντρικού άξονα σήραγγας θα παράσχει πληροφορίες για πιθανά προβλήματα διόγκωσης Η παρουσία σιδηροπυρίτη σε ένα αργιλικό σχιστόλιθο μπορεί να υποδηλώνει θεμελιώδη προβλήματα υποβάθμισης από όξινα ύδατα

8 Οι διογκούμενες άργιλοι σε έναν αργιλικό σχιστόλιθο παρέχουν μια προειδοποίηση για τη σταθερότητα μιας κλιτύος Παρόμοια προβλήματα με άλλα ορυκτά μπορούν να εκτιμηθούν πλήρως από το μηχανικό, πρώτα πρέπει να αναγνωριστεί το προβληματικό ορυκτό, για να είναι δυνατή η πρόβλεψη του προβλήματος συνήθης διαδικασία μελέτης αναγνώριση των ορυκτών αναγνώριση του πετρώματος

9 Τα πετρώματα ταξινομούνται με βάση την προέλευση σε: πυριγενή ιζηματογενή και μεταμορφωμένα στη συνέχεια χαρακτηρίζεται το πέτρωμα με ένα συγκεκριμένο όνομα αναγνώριση των ορυκτών σημαντικό βήμα στην ταξινόμηση των πετρωμάτων είναι μια αναγκαιότητα Οι τεχνικές ταξινομήσεις των πετρωμάτων βασίζονται: στο γεωλογικό όνομα του πετρώματος σε ορισμένες σημαντικές ιδιότητες αντοχής του πετρώματος Η αναγνώριση των ορυκτών οδηγεί στην αναγνώριση του πετρώματος

10 ΟΡΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΟΡΥΚΤΟΥ Ένα ένα φυσικώς υπάρχον χημικό στοιχείο ή ένωση, που σχηματίζεται μέσω ανόργανων διαδικασιών, με ένα διατεταγμένο πρότυπο των ατόμων του, τα οποία έχουν μια καθορισμένη χημική σύσταση Αυτός ο ορισμός δεν περιλαμβάνει: το πετρέλαιο τον άνθρακα την ηφαιστειακή ύαλο (που στερούνται διατεταγμένης εσωτερικής δομής) ορυκτολογική δομή ή κρυσταλλική δομή Μια διατεταγμένη εσωτερική διευθέτηση των ατόμων σε ένα ορυκτό

11 Άμορφο μη διατεταγμένη εσωτερική διευθέτηση (ρευστά) Τα ορυκτά είναι συνήθως κρυσταλλικά η ύαλος είναι άμορφος κάθε ορυκτό έχει: συγκεκριμένη χημική σύνθεση ορισμένη κρυσταλλική δομή Η δομή αναφέρεται σε μια ιδιαίτερη επανάληψη της ατομικής διάταξης, επαναλαμβανόμενη σχέση των συνιστώντων ατόμων

12 χαλαζίας σύνθεση SiO 2 συγκεκριμένη ατομική διάταξη Si και O ασβεστίτης σύνθεση CaCO 3 δομή όπου η ρίζα του ασβεστίου και των ανθρακικών τακτοποιούνται με ένα ιδιαίτερο τρόπο Μερικά ορυκτά έχουν ίδιες συνθέσεις αλλά διαφορετική κρυσταλλική δομή π.χ. σιδηροπυρίτης και μαρκασίτης έχουν ίδια χημική σύνθεση FeS 2 στον σιδηροπυρίτη, τα άτομα του Fe κατανέμονται σε ίσες αποστάσεις προς όλες τις κατευθύνσεις, στον μαρκασίτη η κατανομή των ατόμων του Fe διαφέρει ανάλογα με την κρυσταλλογραφική κατεύθυνση Τέτοια ζεύγη ορυκτών ονομάζονται πολύμορφα. αδάμας και γραφίτης (C) ασβεστίτης και αραγονίτης (CaCO 3 ) χαλαζίας και χριστοβαλίτης (SiO 2 )

13 ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ ΟΡΥΚΤΩΝ κρυστάλλωση συμβαίνει όταν τα ορυκτά στερεοποιούνται: από την υγρή κατάσταση ή σχηματίζονται με άλλους τρόπους, παράγοντας ένα εσωτερικά διατεταγμένο στερεό υλικό εμφανίζεται όταν πολλοί κρύσταλλοι: σχηματίζονται ανεξάρτητα, αυξάνουν στο μέγεθος και αναπτύσσονται από κοινού για να δώσουν ένα πρότυπο μωσαϊκών από αλληλοσυμφυόμενους κρυστάλλους

14 Η κρυστάλλωση συμβαίνει στη φύση με στερεοποίηση των πυριτικών τηγμάτων κατά την ψύξη με την καθίζηση των κρυστάλλων από μια υδατική διάλυση μέσω εξάχνωσης από τη φάση ατμού και από άλλα στερεά (ανακρυστάλλωση) κατά τη διάρκεια 1. της αλλοίωσης και 2. των διαδικασιών της μεταμόρφωσης πυριτικά τήγματα κρυσταλλώνονται όταν χαμηλώσει η θερμοκρασία στο σημείο πήξης (γνωστό ως πάγωμα στην περίπτωση του νερού) και αρχίζουν να σχηματίζονται στερεοί κρύσταλλοι κρύσταλλοι πάγου συνήθη παραδείγματα κρυστάλλωσης με πήξη

15 Το μάγμα κρυσταλλώνεται όταν η Τ μειώνεται κάτω από το σημείο τήξης ορισμένων κοινών πυριτικών ορυκτών η διαδικασία κρυστάλλωσης πυριτικών είναι πιο περίπλοκη από εκείνη του πάγου από το νερό ένα ορυκτό θα κρυσταλλωθεί από το τήγμα σε μια ορισμένη Τ και θα αντιδράσει στη συνέχεια με το παραμένον υγρό καθίζηση από διάλυση μπορεί να συμβεί μετά από: την εξάτμιση μέρους ή όλου του υγρού μικρότερη κατακράτηση των ιόντων σε διάλυση η καθίζηση συμβαίνει μόλις επιτευχθεί ο κορεσμός

16 μείωση της θερμοκρασίας του ρευστού μπορεί επίσης να οδηγήσει σε μείωση της διαλυτότητας των συστατικών και να προκληθεί έτσι καθίζηση μια αλλαγή στο ph του υγρού μπορεί επίσης να μειώσει τη διαλυτότητα και να προκαλέσει καθίζηση ορισμένων στερεών μια μείωση της πίεσης στο υγρό, μπορεί να προκαλέσει καθίζηση ορισμένων ορυκτών Η βιολογική δραστηριότητα μαζί με χημικές αντιδράσεις ανάμεσα σε μια διάλυση και στο φιλοξενών πέτρωμα αναγκάζει τα ορυκτά να καθιζάνουν από ένα ρευστό μέσο

17 ΑΝΑΓΝΩΡΙΣΗ ΤΩΝ ΟΡΥΚΤΩΝ Οι ιδιότητες των ορυκτών που χρησιμοποιούνται για την αναγνώριση τους υπαγορεύονται από τη σύνθεση και τη δομή τους Οι χημικές ιδιότητες βοηθούν σε κάποιους προσδιορισμούς οι φυσικές ιδιότητες χρησιμοποιούνται για την αναγνώριση των συνήθων πετρογενετικών ορυκτών Οι φυσικές ιδιότητες μπορούν να αναγνωριστούν με την πρώτη ματιά ή μετά από την εφαρμογή απλών δοκιμών χρώμα, γραμμή κόνις, λάμψη, σκληρότητα ειδικό βάρος, σχισμός, θραυσμός μορφή του κρυστάλλου, μαγνητισμός, συνεκτικότητα διαφάνεια, παρουσία γραμμώσεων, αντίδραση στο οξύ

18 χρώμα μπορεί είτε να είναι παραπλανητικό μη οριστικό σε περιορισμένες καταστάσεις είναι αρκετά διαγνωστικό μερικά ορυκτά απαντούν σε διαφορετικά χρώματα, η αναγνώριση χρώματος πρέπει να χρησιμοποιηθεί προσεκτικά. π.χ. ολιβίνης (χαρακτηριστικό γνώρισμα) το χρώμα χρησιμοποιείται από κοινού με άλλες ιδιότητες Γραμμή κόνις χρώμα ενός λεπτομερώς κονιοποιημένου ορυκτού χάραξη μιας μη στιλπνής επιφάνειας πορσελάνης Ορισμένα ορυκτά έχουν ευδιάκριτη γραμμή αιματίτης (Fe 2 O 3 ) παράγει γραμμή χρώματος βαθέως ερυθρού

19 λάμψη είναι η γενική εμφάνιση της επιφάνειας ενός ορυκτού στο ανακλώμενο φως λάμψη μεταλλική λάμψη μη μεταλλική μη μεταλλικές λάμψεις Αδαμάντινη λάμψη που επιδεικνύεται από πολύτιμους λίθους όπως το διαμάντι Υαλώδης λάμψη, όπως αυτή της σπασμένης ύαλου Μαργαριταρένια λάμψη, όπως ενός μαργαριταριού Λιπαρή λάμψη, όπως μιας επιφάνειας που καλύπτεται από φιλμ ελαιώδους υγρού Μεταξωτή λάμψη, όπως του μεταξιού (μεταξένια γύψος) Γεώδης θαμπή λαμπρότητα (ξηρό χώμα)

20 σκληρότητα είναι η αντίσταση που ένα ορυκτό παρουσιάζει στη χάραξη Αυτή διέπεται από: Τα στοιχεία του ορυκτού τη διάταξή των ατόμων την ισχύ των δεσμών μεταξύ τους που τα κάνουν να ανθίστανται στη χάραξη γραφίτης και το διαμάντι, (πολυμορφίες του άνθρακα) διαφέρουν στην εσωτερική δομή και ισχύ των δεσμών έχουν πολύ διαφορετικές τιμές σκληρότητας κλίμακα σκληρότητας Mohs Το πεδίο της κλίμακας κυμαίνεται από 1 έως 10 με ένα αντιπροσωπευτικό ορυκτό για κάθε αριθμό Οι αυξήσεις από το 1 έως το 9 είναι περίπου ισόποσες η διαφορά μεταξύ 9 και 10 είναι ίσως 30 φορές μεγαλύτερη

21 για τον προσδιορισμό των φυσικών ιδιοτήτων των ορυκτών χρησιμοποιούνται απλά εργαλεία ένα μαχαίρι από χάλυβα με σκληρότητα περίπου 5,5 μια υάλινη πλάκα παρόμοιας σκληρότητας, ένα χάλκινο νόμισμα με σκληρότητα 3 τα νύχια με σκληρότητα 2,5 ένα μη στιλπνό πλακίδιο πορσελάνης, (σκληρότητα 7) ένας μικρός ραβδόμορφος μαγνήτης ένας 10x φακός χειρός ένα μικρό μπουκάλι αραιού υδροχλωρικού οξέος (10%)

22 ΠΡΩΤΟΒΑΘΜΙΟΣ ΣΚΛΗΡΟΜΕΤΡΙΚΗ ΚΛΙΜΑΚΑ MOHS σκληρότητα Τάλκης 1 μαλακότερο γύψος 2 ασβεστίτης 3 φθορίτης 4 απατίτης 5 ορθόκλαστο (άστριος) 6 χαλαζίας 7 τοπάζιο 8 κορούνδιο 9 διαμάντι 10 σκληρότερο

23 ειδικό βάρος ενός ορυκτού είναι ένας αδιάστατος αριθμός που εκφράζει το λόγο της μάζας (ή του βάρους) του ορυκτού προς ίσο όγκο νερού Το ειδικό βάρος (SpG) είναι συνάρτηση: της χημικής σύνθεσης της διάταξης και συναρμογής των ατόμων στο χώρο (packing) Το ειδικό βάρος μετριέται με την ακόλουθη εξίσωση: SpG = μάζα (ή βάρος) του ορυκτού στον αέρα / μάζα (ή βάρος) ίσου όγκου στο νερό

24 Το SpG λαμβάνεται με ζύγισμα του ορυκτού στον αέρα και στη συνέχεια στο νερό Η διαφορά μεταξύ των δύο είναι η δύναμη της άνωσης του νερού που είναι ίση με τη μάζα νερού ίδιου όγκου με αυτόν του ορυκτού Στα συνήθη πετρογενετικά ορυκτά (χαλαζίας, άστριος, ασβεστίτης, κ.λ.π.) το ειδικό βάρος είναι 2,7 μεταλλικά ορυκτά, (σουλφίδια) Το SpG είναι > 2,7 και στα περισσότερα σχεδόν 5,5 ή μεγαλύτερο υδράργυρος 13,6, καθαρός χρυσός Το SpG χρησιμοποιείται ως απλή φυσική δοκιμή Το SpG ενός ορυκτού πολλαπλασιαζόμενο με το μοναδιαίο βάρος του νερού (ή την πυκνότητα της μάζας του νερού), παράγει το μοναδιαίο βάρος του υλικού (ή την πυκνότητα της μάζας του υλικού αντίστοιχα). ένα στερεό κομμάτι ασβεστίτη, με SpG =2,72, έχει πυκνότητα μάζας 2, = 2720 kg/m 3

25 σχισμός Είναι η ικανότητα ενός ορυκτού να σπάει κατά μήκος λείων // επιπέδων Αυτή η ιδιότητα οφείλεται: στη διάταξη των ατόμων και στους τύπους των δεσμών μεταξύ τους Ο σχισμός δείχνει την κατεύθυνση προτιμούμενης εξασθένισης στην ισχύ των δεσμών μεταξύ των ατόμων Καθώς η δομή ή η διάταξη των ατόμων επαναλαμβάνεται η εξασθένιση επίσης θα επαναλαμβάνεται οι οικογένειες επιπέδων είναι όλες παράλληλες μεταξύ τους Ο σχισμός περιγράφεται ως: καλός, μέτριος ή πτωχός

26 Ο σχισμός περιγράφεται σύμφωνα με το πόσα επίπεδα σχιστοποιήσεως με διαφορετικό προσανατολισμό εμφανίζονται ή από το σχήμα της γεωμετρικής μορφής που περικλείεται από τρία η περισσότερα επίπεδα αλίτης (NaCI) έχει τρία επίπεδα σχιστοποιήσεως κάθετα μεταξύ τους και ο σχισμός αυτός ονομάζεται κυβικός σχισμός ασβεστίτης επιδεικνύει σχισμό σε τρεις κατευθύνσεις που παράγει ένα ρομβοεδρικό σχήμα (ρομβοεδρικός σχισμός) βιοτίτης τύπος μίκα, έχει ένα μόνο ευδιάκριτο επίπεδο σχιστοποιήσεως

27 θραυσμός είναι ένα ακανόνιστο σπάσιμο που εμφανίζεται εν απουσία σχισμού και είναι το σύνηθες αποτέλεσμα της θραύσης των ορυκτών είδη κογχοειδής θραυσμός παράγει κυρτές επιφάνειες (χαλαζίας) ινώδης θραυσμός τραχύς θραυσμός που παράγεται με σπάσιμο κατά μήκος ακανόνιστων, απότομων πλευρών

28 κρυσταλλική μορφή περιλαμβάνει καλοσχηματισμένες κρυσταλλικές έδρες από ένα ορυκτό που είναι η εξωτερική εκδήλωση της εσωτερικής διάταξης των ατόμων χαλαζίας και γρανάτης επιδεικνύουν κρυστάλλους πολύ συχνά Πρέπει να ξεχωρίζουμε τις κρυσταλλικές μορφές από τις έδρες των σχισμών Όταν ένα ιδιαίτερο ορυκτό αναπτύσσεται ελεύθερα σε έναν ανοιχτό χώρο, παίρνει τη χαρακτηριστική μορφή του επειδή οι γωνίες μεταξύ παρακείμενων κρυσταλλικών εδρών είναι σταθερές οι έδρες μπορούν να είναι διαφορετικές στο μέγεθος αλλά οι γωνίες μεταξύ των εδρών θα παραμείνουν ίδιες Οι έδρες του κρυστάλλου στα ορυκτά εμφανίζονται κατά μήκος κατευθύνσεων που τέμνουν το μέγιστο αριθμό ατόμων και έτσι σχετίζονται άμεσα με την παράταξη των ατόμων

29 οι έδρες καθορίζονται αναφορικά με τους κρυσταλλογραφικούς άξονες, 3 ή 4 τον αριθμό κρυσταλλογραφικοί άξονες είναι φανταστικές γραμμές που τέμνονται στο κέντρο του κρυστάλλου Τα ορυκτά ταξινομούνται σε 6 κρυσταλλικά συστήματα με βάση τη συμμετρία που επιδεικνύεται από τις κρυσταλλικές μορφές τους Τα επίπεδα συμμετρίας και οι άξονες της συμμετρίας χρησιμοποιούνται για να περιγράψουν τις σχέσεις συμμετρίας Ένα επίπεδο συμμετρίας διαιρεί ένα αντικείμενο σε δύο μισά και κάθε ένα από αυτά είναι το είδωλο του άλλου τα επίπεδα συμμετρίας περιέχουν έναν ή περισσότερους κρυσταλλογραφικούς άξονες

30 άξονας συμμετρίας είναι μια γραμμή δια μέσω του κρυστάλλου, όπου μια περιστροφή γύρω από αυτόν θα παράγει μια επανάληψη του ίδιου προτύπου ή έδρας του κρυστάλλου ένα τετράγωνο έχει 4 άξονες συμμετρίας μέσω του κέντρου του και 4 επίπεδα συμμετρίας ένας κύβος έχει 3 άξονες τετραπλής συμμετρίας, έναν δια μέσου κάθε μιας από τις απέναντι έδρες έχει εννέα επίπεδα συμμετρίας 32 διαφορετικές κατηγορίες συμμετρίας είναι δυνατές οι κατηγορίες ταξινομούνται σε 6 κρυσταλλικά συστήματα

31 Επίπεδα συμμετρίας και άξονες συμμετρίας για ένα τετράγωνο και για ένα κύβο

32 Κρυσταλλογραφικά συστήματα ΚΥΒΙΚΟ 3 άξονες κρυσταλλογραφικοί ίσοι και κάθετοι μεταξύ τους ΤΕΤΡΑΓΩΝΙΚΟ 2 άξονες ίσοι μεταξύ τους και κάθετοι και ένας τρίτος άνισος ΕΞΑΓΩΝΙΚΟ 1 άξονας άνισος και κάθετος προς τρεις ίσους οριζόντιους άξονες τεμνόμενους με γωνία 60 ο ΤΡΙΓΩΝΙΚΟ Παρόμοιοι με το εξαγωνικό με διαφοροποίηση ως προς τον c ΡΟΜΒΙΚΟ 3 άξονες άνισοι κάθετοι μεταξύ τους ΜΟΝΟΚΛΙΝΕΣ 3 άνισοι άξονες, ο ένας κάθετος στους άλλους δύο, οι οποίοι τέμνονται μεταξύ τους με γωνία # της ορθής ΤΡΙΚΛΙΝΕΣ 3 άνισοι άξονες τεμνόμενοι με γωνίες # της ορθής

33 Κρυσταλλικά συστήματα

34 μαγνητισμός είναι η έλξη ενός ορυκτού από έναν μαγνήτη π.χ. μαγνητίτης, μαγνητοπυρίτης (Fe 1-x S) ανεκτικότητα ή αντοχή (tenacity) είναι η αντίσταση που παρουσιάζει ένα ορυκτό στους μηχανισμούς καταπόνησης όπως η σύνθλιψη, θραύση, κάμψη, σχίσιμο κ.ά.

35 Τα ορυκτά μπορούν να περιγραφούν σύμφωνα με τους ακόλουθους όρους Εύθραυστος Σπάζει ή κατακερματίζεται εύκολα. Σφυρηλατήσιμος Διαχωρίζεται μέσω σφυρηλάτησης σε λεπτά φύλλα. Επιδεκτικός κοπής Μπορεί να κοπεί σε λεπτές φέτες με ένα μαχαίρι. Τμητός Μπορεί να συρματοποιηθεί σε λεπτό σύρμα. Ελαστικός Κάμπτεται αλλά ανακτά το αρχικό του σχήμα όταν απελευθερώνεται. Εύκαμπτος Κάμπτεται αλλά δεν ανακτά το αρχικό του σχήμα όταν απελευθερώνεται. Διαφανότητα Η ικανότητα ενός ορυκτού να μεταδίδει το φως. Οι όροι που χρησιμοποιούνται για τη διαφανότητα είναι Διαφανής Ημιδιαφανής Αδιαφανής Ένα καθαρό περίγραμμα ενός αντικειμένου είναι ορατό μέσω του ορυκτού. Το φως διαβιβάζεται μέσω του ορυκτού αλλά τα αντικείμενα δεν διακρίνονται. Κανένα φως δεν διαβιβάζεται δια μέσου του ορυκτού ακόμη και στις πιό λεπτές πλευρές του.

36 γραμμώσεις είναι λεπτές παράλληλες γραμμές που εμφανίζονται πάνω στα επίπεδα σχισμού (άστριοι, πλαγιόκλαστα) Εμφανίζονται λόγω διδυμίας είναι χρήσιμα στη διάκριση ορθοκλάστου από πλαγιόκλαστο αντίδραση στο οξύ - μια άλλη δοκιμή ο αναβρασμός στο οξύ χρησιμοποιείται από κοινού με άλλες δοκιμές π.χ. ο ασβεστίτης αντιδρά γρήγορα ο δολομίτης αντιδρά πιο αργά

37 ΠΕΤΡΟΓΕΝΕΤΙΚΑ ΟΡΥΚΤΑ Πυριτικά ορυκτά η σημαντικότερη ομάδα πετρογενετικών ορυκτών Τα πυριτικά ταξινομούνται σε υποομάδες με βάση την αναλογία Si/O η αναλογία Si/O επηρεάζει έντονα τις ιδιότητες και τα χαρακτηριστικά της αποσάθρωσης των πυριτικών ολιβίνης - αναλογία 1 έως 4 (Si/O) είναι σιδηρομαγνησιούχο ορυκτό που αποσαθρώνεται τάχιστα χαλαζίας - αναλογία 1 έως 2 (Si/O) ο χαλαζίας είναι ιδιαίτερα ανθεκτικός στην αποσάθρωση η αναλογία πυριτίου-οξυγόνου (Si/O) των πυριτικών επηρεάζει δραστικά τη συμπεριφορά τους Η ταξινόμηση των πυριτικών γίνεται σύμφωνα με την παρουσία ορισμένων δεσποζόντων στοιχείων

38

39

40 Σιδηρομαγνησιούχα είναι μια σημαντική ομάδα συνήθων πυριτικών περιλαμβάνει ορυκτά που περιέχουν σίδηρο και μαγνήσιο και γενικά είναι σκοτεινόχρωα ειδικό βάρος είναι από το 2,7 (χαλαζία, αστρίων και ασβεστίτη) περιλαμβάνουν τα ορυκτά: ολιβίνη, πυρόξενους, αμφιβόλους και βιοτίτη ολιβίνης Είναι ανοικτού-πράσινου χρώματος με χαρακτηριστική ζαχαρούχο υφή με σκληρότητά από 6,5 έως 7 και χημική σύνθεση (MgFe) 2 SiO 4 ειδικό βάρος από 3,2 ως 4,2 καθώς αυξάνει η περιεκτικότητα σε σίδηρο, αυξάνει και το ειδικό βάρος διαγνωστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι το πράσινο χρώμα και η ζαχαρούχος υφή

41 αυγίτης είναι το σύνηθες μέλος των πυροξένων με σκούρο πράσινο ή μαύρο επιδεικνύει δύο επίπεδα σχισμού, (με γωνία 90 ο ) διαγνωστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα ο σε ορθή γωνία σχισμός το σκοτεινό χρώμα κεροστίλβη το πιο σύνηθες ορυκτό των αμφιβόλων με χρώμα σκούρο πράσινο προς μαύρο επιδεικνύει δύο επίπεδα σχισμού σε γωνίες 56 και 124 και έτσι διακρίνεται η κεροστίλβη από τον αυγίτη εμφανίζεται περισσότερο με μορφή βελονοειδή παρά ο αυγίτης βιοτίτης - ομάδα μίκα σχίζεται εύκολα σε φύλλα - παρουσία προεξέχοντος επιπέδου σχισμού πλακίδια εύκαμπτα και ελαστικά με χρώμα σκούρο πράσινο, μαύρο, καφέ και ειδικό βάρος 2.7 έως 3.2 αναγνωρίζεται καλύτερα από το σκοτεινό χρώμα και τον πλακώδη σχισμό

42 Βιοτίτης και μοσχοβίτης

43 βιοτίτης

44 κεροστίλβη

45 αυγίτης

46 Μη - Σιδηρομαγνησιούχα δεν περιέχουν Fe και Mg σε συνδυασμό, αλλά Ca, Na, ή K αντί αυτού Μοσχοβίτης - σχεδόν άχρωμη μίκα Έχει τον ίδιο πλακώδη σχισμού και ελαστικότητα με τον βιοτίτη είναι ανοικτότερος στο χρώμα με ειδικό βάρος 2.8 έως 3.1 έχει σκληρότητά 2 έως 3 (παρόμοια με του βιοτίτη) Σε λεπτά φύλλα είναι διαφανής στα παχύτερα φύλλα εμφανίζει κίτρινο χρώμα Αστριοι τα πιο συνήθη πετρογενετικά πυριτικά με μεγαλύτερο ποσοστό από το 50% όλων των ορυκτών στο γήινο φλοιό αποτελούν τη βάση για τα ονόματα και την ταξινόμησή των πυριγενών πετρωμάτων διαιρούνται σε δύο τύπους: ορθόκλαστο, (KAlSi3O8) και πλαγιόκλαστο (περιέχει Ca και Na) - η σύνθεση κυμαίνεται από μόνο Na έως όλο Ca με κάθε πιθανή αναλογία ενδιάμεσα Na > 50% (νατριούχο) αλβίτης - Ca > 50% (ασβεστιούχο) λαβραδορίτης

47 ορθόκλαστο

48 αλβίτης

49 λαβραδορίτης

50 άστριοι ως ομάδα έχουν υαλώδη λάμψη, σκληρότητα από 6 έως 6,5, ειδικό βάρος 2.5 έως 2.7 Έχουν 2 επίπεδα σχισμού σε ορθή γωνία Κατ αρχήν αναγνωρίζουμε το ορυκτό ως άστριο και στη συνέχεια το ιδιαίτερο είδος αστρίου ορθόκλαστο χρώμα λευκό ως ροζ πλαγιόκλαστο χρώμα λευκό έως μαύρο - όταν το Ca αυξάνεται γίνεται σκοτεινότερο αλβίτης λευκό πλαγιόκλαστο λαβραδορίτης σκούρο γκρι πλαγιόκλαστο Η ιδιότητα που διαχωρίζει τα δύο είδη αστρίων είναι η παρουσία ή η απουσία γραμμώσεων γραμμώσεις είναι οι παράλληλες γραμμές σε ένα επίπεδο σχισμού που προκαλείται από τη διδυμία του κρυστάλλου οι άστριοι με γραμμώσεις είναι πλαγιόκλαστα το λευκό πλαγιόκλαστο δεν επιδεικνύει γραμμώσεις ορατές με γυμνό οφθαλμό ή με φακό χειρός

51 πλαγιόκλαστο

52 Ορυκτά του χαλαζία (SiO 2 ) το δεύτερο σε αφθονία ορυκτό στο στερεό φλοιό μπορεί να εμφανιστεί σε ποικίλα χρώματα που προκαλούνται από προσμίξεις Ποικιλίες χαλαζία: ροδόχρους χαλαζίας, πορφυρόχρους αμέθυστος, σκοτεινόχρους καπνίας και νεφελώδης γαλακτόχρους χαλαζίας αναγνωρίζεται από: 1. τη σκληρότητά του (7) 2. τον κογχοειδή θραυσμό 3. το εξάπλευρο σχήμα τους

53 Χαλαζίας με χρυσό

54 καπνίας

55 Κογχοειδής θραυσμός

56 Ροζ χαλαζίας

57 χαλαζίας

58 Κερατόλιθος (πυριτιόλιθος) είναι κρυπτοκρυσταλλική ή λεπτοκρυσταλλική ποικιλία χαλαζία που εμφανίζεται πρώτιστα σε ιζηματογενή πετρώματα παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον για το μηχανικό επειδή παρουσιάζει προβλήματα ως υλικό συσσωματωμάτων σκυροδέματος Έχει σκληρότητα 7, μαζική εμφάνιση και παρουσιάζει κογχοειδή θραυσμό είναι προβληματικό υλικό στο σκυρόδεμα για μηχανικούς και χημικούς λόγους Ελαφρύς ή αποσαθρωμένος κερατόλιθος έχει μια τάση να σπάσει ή να σκάσει όταν εκτίθεται σε θερμοκρασίες παγώματος και ξεπαγώματος στην επιφάνεια ενός σκυροδέματος οι εξασθενημένοι κερατόλιθοι τείνουν να μειώσουν την αντοχή του σκυροδέματος όταν συνιστούν υψηλό ποσοστό του συνόλου Μερικοί κερατόλιθοι αντιδρούν με τσιμέντα υψηλού περιεχομένου σε αλκάλια και προκαλούν ρωγμάτωση και διόγκωση του σκυροδέματος Η μείωση στο ποσοστό των Na 2 Ο και K 2 Ο στο τσιμέντο σε ποσοστό < του 0,6% μετριάζει το πρόβλημα (πρόβλημα αλκαλίων-πυριτίου)

59 κερατόλιθος

60 Άλλα πυριτικά γρανάτης δευτερεύον ορυκτό που συναντάται σε πυριγενή και μεταμορφωμένα πετρώματα Υπάρχουν διαφορετικοί τύποι - ο αφθονότερος γρανάτης είναι κόκκινος- έχει σκληρότητα 6,5 έως 7,5, εμφανίζει καλοσχηματισμένος πολυεδρικούς κρυστάλλους (κυβικό σύστημα κρυστάλλωσης) διαγνωστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα Το χρώμα και η σκληρότητα τάλκης και χλωρίτης συνήθη πυριτικά που εμφανίζονται σε μεταμορφωμένα πετρώματα

61 γρανάτης

62 τάλκης είναι μαλακό ορυκτό με σκληρότητα 1 λευκός στο χρώμα με λιπαρή αίσθηση έχει καλό σχισμό που παράγει μικροσκοπικές πλακώδεις μάζες με μια μαργαριταρένια λάμψη Πετρώματα με άφθονο τάλκη ονομάζονται σαπουνόπετρες χλωρίτης είναι ένα πράσινο πλακώδες ορυκτό με σκληρότητα 2 έως 2.5, ελαφρώς μεγαλύτερη από του τάλκη έχει μια υαλώδη λάμψη τα πλακίδια του είναι εύκαμπτα αλλά μη ελαστικά

63 τάλκης

64 χλωρίτης

65 Ορυκτά οξειδίων οξείδια σιδήρου - σημαντικά πετρογενετικά ορυκτά αιματίτης (Fe 2 Ο 3 ) αναγνωρίζεται από την κόκκινη γραμμή κόνις λειμωνίτης (FeO.H 2 Ο) αναγνωρίζεται από την καφετιά γραμμή κόνις Η παρουσία του στο συσσωμάτωμα σκυροδέματος το καθιστά το τελευταίο κακής ποιότητας επειδή προκαλεί λέκιασμα και σκασίματα στην επιφάνεια του μαγνητίτης (Fe 3 Ο 4 ) εμφανίζεται σπανιότερα από τα άλλα οξείδια του Fe είναι ιδιαίτερα μαγνητικός έχει μεταλλική λάμψη και ειδικό βάρος 5.2

66 αιματίτης

67 αιματίτης

68 λειμωνίτης

69 λειμωνίτης

70 μαγνητίτης

71 Ορυκτά σουλφιδίων Το πιο σύνηθες είναι ο σιδηροπυρίτης (FeS 2 ) Χαρακτηρίζεται ως ο χρυσός του βλάκα εμφανίζεται σe πυριγενή, μεταμορφωμένα και ιζηματογενή πετρώματα Αναγνωρίζεται από: το μπρούτζινο χρώμα τη μεταλλική λάμψη, τη σκληρότητα από 6 έως 6,5 και το κυβικό σχήμα του κρυστάλλου του χαλκοπυρίτης (CuFeS 2 ) είναι πιο κίτρινος από το σιδηροπυρίτη έχει σκληρότητα 4.5 αποτελεί πολύτιμη πηγή χαλκού

72 σιδηροπυρίτης

73 σιδηροπυρίτης

74 Χαλκοπυρίτης σε δολομίτη

75 Ο σιδηροπυρίτης θεωρείται προβληματικό ορυκτό όταν είναι παρών στο υλικό του σκυροδέματος Προκαλεί λέκιασμα της επιφάνειας του σκυροδέματος Ορισμένες ποικιλίες του παράγουν θειικά ιόντα έτσι ώστε να προσβάλλουν το σκυρόδεμα σιδηροπυρίτης σε λίθους επένδυσης κτηρίων προκαλεί εμφάνιση λεκέδων μετά από αποσάθρωση είναι απαραίτητο να αναγνωριστεί η παρουσία του εγκαίρως και να καθοριστεί το ποσοστό του στο πέτρωμα που προορίζεται για χρησιμοποίηση σε τεχνικά έργα

76 Ανθρακικά Ορυκτά ασβεστίτης (CaCO 3 ) διακρίνεται από: τον αναβρασμό του με αραιό υδροχλωρικό οξύ, το ρομβοεδρικό σχισμό του και τη σχετικά χαμηλή σκληρότητα 3 δολομίτης [CaMg(CO 3 ) 2 ] αναβράζει αργά σε αραιό HCl είναι ελαφρώς σκληρότερος από τον ασβεστίτη με σκληρότητα 4 αναβράζει μόνο όταν κονιοποιείται ο ασβεστίτης αναβράζει ενεργά σε οποιαδήποτε μορφή

77 ασβεστίτης

78 αραγωνίτης

79 ασβεστίτης

80 δολομίτης

81 Θειικά Ορυκτά δύο μόνο μέλη είναι αξιοσημείωτα συνήθη γύψος (CaSO 4.2H 2 Ο) διακρίνεται από τη χαμηλή σκληρότητά της 2 και το λευκό χρώμα της Μπορεί να εμφανιστεί σε τρεις μορφές: το ογκώδες αλάβαστρο, ως σατέν σχιστή κρύσταλλος με μεταξωτή λάμψη, ή ως μια διαφανής ποικιλία, τον σελινίτη έχει χαμηλό ειδικό βάρος 2.2 έως 2.4 εμφανίζεται ως χημικό ίζημα από το νερό της θάλασσας και σε αποθέσεις πάχους λίγων μέτρων ή περισσότερο είναι οικονομικής αξίας είναι αρκετά διαλυτή στο υπόγειο νερό μπορεί να είναι σπηλαιώδεις παρουσιάζει ίδια προβλήματα όπως οι σπηλαιώδεις ασβεστόλιθοι

82 γύψος

83 γύψος

84 ανυδρίτης (CaSO 4 ) σκληρότητά 3 > από εκείνη της γύψου εμφανίζεται με χρώμα ως λευκό προς μπλε μαζικό, υαλώδες προς θαμπό υλικό Διακρίνεται από ασβεστίτη και δολομίτη από την έλλειψη αναβρασμού στο οξύ Διογκώνεται παρουσία υγρασίας και μετατρέπεται σε γύψο η αλλαγής αυτή συνοδεύεται από αύξηση του όγκου με καταστρεπτικά αποτελέσματα όταν είναι παρών σε θεμελιώσεις τεχνικών κατασκευών ή σε μια σήραγγα ανυδρίτης παρών στο βάθρο ενός φράγματος οδήγησε σε ανεπιθύμητες συνέπειες καθώς απορρόφησε νερό, διογκώθηκε και προκάλεσε ρωγμές στη δομή

85 ανυδρίτης

86 Αργιλικά ορυκτά είναι ομάδα λεπτόκοκκων ποικιλιών ορυκτών και είναι μεγάλης σημασίας για το μηχανικό επειδή συνιστούν ένα ουσιαστικό μέρος του εδάφους έχουν ισχυρή επίδραση στην συμπεριφορά του εδάφους όρος άργιλος αναφορά είτε σε μια τάξη μεγέθους, είτε σε μια ομάδα ορυκτών η άργιλος είναι λεπτομερή υλικά με μέγεθος μικρότερο από 1/256 mm Τύποι αργιλικών ορυκτών αποτελούνται από 5 σημαντικές ομάδες: Καολινίτης Αλλοϋσίτης Ιλλίτης βερμικουλίτης, και σμεκτίτης (ή μοντμοριλλονίτης)

87 καολινίτης

88 Διαιρούνται σε δύο κατηγορίες: σε εκείνα με 2 στρώματα ή φύλλα στην επαναλαμβανόμενη δομική τους μονάδα και σε εκείνα με 3 φύλλα καολινίτης και ο αλλοϋσίτης εμφανίζουν 2 στρώματα ιλλίτης, βερμικουλίτης,σμεκτίτης εμφανίζουν 3 στρώματα Δομές αργιλικών ορυκτών περιλαμβάνουν 2 είδη στρωμάτων, ένα πυριτικό τετραεδρικό φύλλο και ένα οκταεδρικό φύλλο

89 Το πυριτικό φύλλο αποτελείται από μια σειρά από τετράεδρα (με 4 άτομα Ο και 1 άτομο Si στο κέντρο) που επεκτείνονται σε δύο κατευθύνσεις, παράγοντας τη φυλλώδη δομή το οκταεδρικό φύλλο αποτελείται από οκτάεδρα που σχηματίζονται από 6 Ο ή ΟΗ - με 1 άτομο Mg ή Al στο κέντρο το φύλλο επεκτείνεται σε 2 διαστάσεις για να παράσχει τη φυλλώδη δομή τα δύο στρώματα μπορούν να ενωθούν, παράγοντας μια επαναλαμβανόμενη μονάδα από ένα 4εδρικό και ένα 8εδρικό στρώμα ή δομή t-o, ή μπορούν να συνδυαστούν για να παραγάγουν μια δομή που περιλαμβάνει ένα 8εδρικό στρώμα στριμωγμένο ανάμεσα σε δύο 4εδρικά στρώματα το ένα στην κορυφή και το άλλο στη βάση, ή δομή t-o-t

90 στη δομή t-o έχουμε άργιλο 2 στρωμάτων στη δομή t-o-t έχουμε άργιλο 3 στρωμάτων Οι επαναλαμβανόμενες μονάδες στοιβάζονται η μία πάνω στην άλλη, παράγοντας πετάλια αργίλου που αποτελούν τα αργιλικά σωματίδια στη φύση χλωρίτης πρασινόχρωο ορυκτό της αργίλου (π.χ. στο χλωριτικό σχιστόλιθος) σχετικά σύνηθες ορυκτό στα εδάφη και ως δευτερεύον συστατικό είναι άργιλος μικτού στρώματος που αποτελείται από δομή 3 στρωμάτων (t-o-t) συν 1 οκταεδρικό στρώμα προτού να επαναληφθεί η δομή t-o-t

91

92

93 Δομή μικτών στρώσεων χλωρίτη οξυγόνο υδροξύλιο μαγνήσιο, σίδηρος πυρίτιο περιστασιακά αργίλιο μαγνήσιο αντικαθιστώμενο μερικώς από Al ή Fe

94 χλωρίτης

95 Αργιλοι - είναι επιρρεπείς σε κατολισθήσεις προκαλούν καταστροφές στις θεμελιώσεις των οικοδομών, στους δρόμους και σε άλλες κατασκευές όταν υφίστανται διαστολή Βασική ικανότητα ιοντοανταλλαγής (ΒΙΑ) η ιδιότητα αυτή αποδίδεται στα περισσότερα αργιλικά ορυκτά Ορίζεται ως η ικανότητα να προσελκύουν κατιόντα στις επιφάνειές τους και να ανταλλάσσουν αυτά στοιχειομετρικώς ένα δισθενές κατιόν (Ca ++ ) μπορεί να αντικαταστήσει δύο κατιόντα Na + στο κρυσταλλικό πλέγμα

96 Οι άργιλοι δύο-στρωμάτων συγκρατούνται μεταξύ τους με ιοντικούς δεσμούς μεταξύ των φύλλων χωρίς ανισορροπία στο ηλεκτρικό φορτίο (π.χ. καολινίτης και αλλοϋσίτης) Τα φύλλα από τρία στρώματα έχουν κάποια ανισορροπία ηλεκτρικού φορτίου λόγω της αντικατάστασης ιόντων στα οκταεδρικά και τετραεδρικά φύλλα Στον ιλλίτη η ανισορροπία εξουδετερώνεται από τα ιόντα Κ μεταξύ των μονάδων τριών στρωμάτων, οι οποίες συγκρατούνται μεταξύ τους αρκετά έντονα ώστε ο ιλλίτης να μην είναι μια διογκούμενη άργιλος

97 Στο σμεκτίτη και στο βερμικουλίτη, η αντικατάσταση στα τετραεδρικά και οκταεδρικά στρώματα είναι πιο εκτενής και κάπως τυχαία έτσι μια εξισορρόπηση από τα ιόντα καλίου δεν είναι δυνατή στα όρια της μονάδας Πολλά κατιόντα, συνήθως Ca ++, Mg ++ και Na + είναι παρόντα Αυτά επιτρέπουν στο νερό να αποκτήσει πρόσβαση μεταξύ των αργιλικών μονάδων παράγοντας έτσι τις διογκούμενες αργίλους Ο σμεκτίτης διογκώνεται περισσότερο από τον βερμικουλίτη ο ιδιαίτερος βαθμός διόγκωσης του σμεκτίτη εξαρτάται από τα παρόντα κατιόντα Οι διογκούμενες άργιλοι είναι ένας σημαντικός γεωλογικός κίνδυνος στις Ηνωμένες Πολιτείες

98 BIA Αρνητικά φορτία στις επιφάνειες της αργίλου παρέχουν τις ελλείψεις φορτίου που ικανοποιούνται από κατιόντα Ca, Na Οι πηγές των αρνητικών φορτίων στο πλέγμα του κρυστάλλου είναι κρυσταλλικά όρια στα τετραεδρικά και οκταεδρικά φύλλα της πυριτικής δομής Τα όρια (terminations) του κρυστάλλου αυξάνονται καθώς το μέγεθος των κόκκων μειώνεται έτσι ώστε τα πιο λεπτόκοκκα σωματίδια θα έχουν μεγαλύτερη βασική ικανότητα ανταλλαγής από ότι τα πιο χονδρόκοκκα. Οι άργιλοι με το μεγαλύτερο βαθμό αντικατάστασης στα τετραεδρικά και οκταεδρικά φύλλα τους θα έχουν μια μεγαλύτερη ΒΙΑ

99 Οι σμεκτίτες είναι εξαιρετικά λεπτόκοκκοι και επιρρεπείς σε κύρια αντικατάσταση μέσα στην πυριτική δομή τους και αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο αυτά τα ορυκτά έχουν μια υψηλή ΒΙΑ Οι σμεκτίτες έχουν την υψηλότερη ΒΙΑ και ο καολινίτης την χαμηλότερη ΒΙΑ άλλοι άργιλοι βρίσκονται κάπου μεταξύ αυτών των άκρων

100 Ζεόλιθοι είναι πυριτικά ορυκτά που σχετίζονται με αστρίους και χαρακτηρίζονται από κύριες αντικαταστάσεις στις πυριτικές τους δομές που παράγουν υψηλή πυκνότητα αρνητικών φορτίων στις επιφάνειες των ορυκτών τους. Για αυτόν τον λόγο χρησιμοποιούνται για να καταστήσουν το σκληρό νερό πιο μαλακό δηλαδή για την απομάκρυνση Ca ++ και Mg ++ από μια παροχή νερού Na-ζεόλιθος λαμβάνεται με την προσθήκη NaCI στο ζεολιθικό υλικό Στο σκληρό νερό δίνεται η δυνατότητα να διέλθει πάνω από τους Na-ζεόλιθους έτσι ώστε Ca ++ και Mg ++ να αντικαταστήσουν το Na + στον ζεόλιθο Τα Ca ++ και Mg ++ στο νερό σχηματίζουν ένα αδιάλυτο υπόλειμμα όταν αναμιγνύονται με σαπουνάδα, προκαλώντας την απόθεση κρούστας στους σωλήνες των λουτήρων που είναι ένα γνωστό πρόβλημα Το Na + δεν σχηματίζει κανένα τέτοιο υπόλειμμα έτσι ώστε με τη χρησιμοποίηση του για να αντικαταστήσει το Ca ++ και το Mg ++ το νερό γίνεται μαλακότερο.

101 Ζεόλιθος 1 η, 4, 5, 6, 7, 8, 9

102 ζεόλιθος